液壓缸試驗臺電控系統(tǒng)設(shè)計

蔡曉燕　 高攀

摘 要：針對傳統(tǒng)的液壓缸測試效率低、精度差等缺點，設(shè)計了一種計算機控制的液壓缸試驗臺，不僅精度高，而且操作方便，性能可靠，通過實際的應(yīng)用，體現(xiàn)了它的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：液壓缸；PLC；自動控制

中圖分類號：TB 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3198（2014）15-0193-01

1 前言

液壓油缸是液壓傳動系統(tǒng)的一個重要執(zhí)行元件，它可以將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動的機械能，它結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在機械系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。液壓缸性能的好壞決定了整個液壓系統(tǒng)的性能，因此對液壓油缸的各項性能檢測就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的液壓缸測試主要采用手工操作的方式，不僅勞動強度大，而且工作效率低，測試數(shù)據(jù)精度也不高。針對這些問題，本文設(shè)計了一種計算機控制的液壓缸試驗臺，保留了手動控制的同時增加了計算機自動控制方式，便于從傳統(tǒng)控制方式到自動控制方式的過度。

2 試驗臺的結(jié)構(gòu)和功能

本液壓試驗臺主要由三大部分組成：液壓系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的采集與顯示系統(tǒng)，通過本試驗臺可以完成液壓油缸的出廠檢驗，包括對油缸的啟動壓力測試、往復(fù)性能測試、耐壓測試、泄露量測試和報表打印等。

2.1 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要包括液壓油箱總成1套、液壓油泵及電動機組3臺套、壓力調(diào)節(jié)和壓力輸出及回油總管系統(tǒng)、測試接口管路及液壓閥。通過高壓軟管，將被測油缸接入液壓管路，系統(tǒng)中每臺油泵的出口壓力可以通過接入的溢流閥進行手動調(diào)節(jié)，壓力大小主要采用機械式壓力表進行測量和顯示。

2.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)的核心為計算機和PLC，可以分別通過試驗臺面板和人機界面對每臺液壓泵的起、?？刂?，過載保護，液壓缸的加載控制，故障報警等功能。由于電機的容量比較大，控制中采用Y-△啟動方式。另外，通過對相關(guān)電磁閥的控制可以實現(xiàn)對液壓總管壓力的加載或卸載，控制油缸連桿的伸出或縮回等功能?？刂品绞接惺謩硬僮骱陀嬎銠C控制操作兩種。

2.3 數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)由試驗臺操作面板顯示和計算機人機界面顯示組成。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集主要是通過各個傳感器來完成的，傳感器獲取的數(shù)據(jù)分別傳送至數(shù)字顯示單片機和數(shù)據(jù)采集卡，分別用于試驗臺操作面板數(shù)字顯示和人機界面顯示。試驗臺面板上除了有7個壓力表和4個數(shù)碼表外，還指示了系統(tǒng)中電動機及溢流閥的工作狀態(tài)，報警狀況等。在上位機界面中，系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)則由數(shù)據(jù)采集卡不斷更新顯示。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)計方案

在整體的設(shè)計中，選用計算機和PLC作為控制的核心，采用主從式控制方式。即計算機作為上位機進行集中的監(jiān)控，通過軟件完成可視化人機界面的設(shè)計、數(shù)據(jù)庫的建立、報表的打印等功能；PLC作為下位機，完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的不斷采集和輸出控制。上位機和PLC之間通過RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換接頭連接，整個系統(tǒng)方案的原理框圖如圖1所示，為了實現(xiàn)上位機的實時監(jiān)控，各個傳感器的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡傳送至計算機。另外傳感器的數(shù)據(jù)也要傳送到單片機，以便于試驗臺面板上的數(shù)字顯示。

3.2.1 上位機

按照控制系統(tǒng)的要求計算機采用Intel的雙核處理器E7400，配聯(lián)想17寸方屏顯示器；數(shù)據(jù)采集卡選用研華生產(chǎn)的PCI-8333多功能模入模出接口卡，不僅使用方便而且轉(zhuǎn)換速度快。傳感器現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳送至計算機，上位機的人機操作界面利用面向?qū)ο蟮腣isual Basic 6.0集成環(huán)境設(shè)計，選擇其中的串行通信控件MSComm與PLC進行數(shù)據(jù)交換，上位機的操作界面如圖2所示。

上位機操作界面為了形象地反應(yīng)出試驗中油泵及溢流閥的狀態(tài)，界面

中模擬出了液壓系統(tǒng)的示意圖，如圖2右上部分所示。液壓系統(tǒng)中電機、溢流閥、油缸等的狀態(tài)，傳感器的讀數(shù)都可以實時地顯示出來，起到監(jiān)視的作用。在控制方面，人機界面可以設(shè)定試驗相關(guān)的參數(shù)，點擊按鈕直接完成相關(guān)的試驗，并保存試驗數(shù)據(jù)。

3.2.2 下位機

下位機PLC選用西門子的S7-200性價比較高的CPU224，它集成了14個數(shù)字量輸入點，10個數(shù)字量輸出點，由于I/O點不能完全滿足系統(tǒng)監(jiān)控的要求，硬件上還擴展了一個數(shù)字量輸入模塊EM221和一個數(shù)字量輸出模塊EM222，它們分別集成了8個輸入、輸出點，保證系統(tǒng)可靠性的同時也留有一定余量，便于系統(tǒng)后期的更新和拓展。其中，使用輸入點20個，輸出點15個，主要起控制作用的I/O分配如表1所示，另外還包含了濾器堵塞、油溫高、油位低等參量的輸入與輸出。

3.3 試驗過程的控制

手動操作方式中，只需通過試驗臺上的按鈕或動作開關(guān)按照一定的流程選擇相應(yīng)動作，就可以進行試驗，試驗中注意觀察現(xiàn)場動作，另外，還要記錄相關(guān)的參數(shù)和實驗結(jié)果。

利用計算機進行控制時，先要做好一定的試驗準(zhǔn)備，比如在人機界面中輸入油缸參數(shù)，往返次數(shù)，耐壓時間等，一旦選擇開始進行某個試驗，計算機可以自動完成并且記錄試驗數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本試驗臺通過某液壓缸生產(chǎn)廠的實際運行證明系統(tǒng)運行穩(wěn)定，降低了操作人員勞動強度的同時也提高了生產(chǎn)效率和自動化程度，有一定的實際意義。

參考文獻

[1]張曉東.液壓缸試驗臺計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].機械工程與自動化，2010，（4）.

[2]馬俊功.液壓油缸試驗臺研制[J].機床與液壓，2007，（1）.